(57)【要約】  【課題】  Ｘ線管装置が発生する熱を好適に冷却することが可能な医療用X線診断装置を提供する。  【解決手段】  Ｘ線を発生するＸ線管球と、Ｘ線管球の回りを囲い、Ｘ線管球で発生した熱を外へ伝達し電気絶縁をするための絶縁油と、それらを収納するＸ線管容器等よりなるＸ線管装置を備えた医用Ｘ線診断装置において、前記Ｘ線管装置を前記Ｘ線診断装置本体へ取り付け支持する支持具であって、内部に冷媒を流すための通路を備えた冷却支持部（９）と、前記Ｘ線診断装置本体へ取り付けられた放熱部（１０）と、前記支持具の冷媒通路と前記放熱部とを連結する配管（１２）とを備えたことを特徴とする医用Ｘ線診断装置。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線を発生するＸ線管球と、Ｘ線管球の回りを囲い、Ｘ線管球で発生した熱を外へ伝達し電気絶縁をするための絶縁油と、それらを収納するＸ線管容器等よりなるＸ線管装置を備えた医用Ｘ線診断装置において、前記Ｘ線管装置を前記Ｘ線診断装置本体へ取り付け支持する支持具であって、内部に冷媒を流すための通路を備えた冷却支持部と、前記Ｘ線診断装置本体へ取り付けられた放熱部と、前記支持具の冷媒通路と前記放熱部とを連結する配管とを備えたことを特徴とする医用Ｘ線診断装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、X線管装置を用いた医用X線診断装置等に係り、特にX線管装置が発生する熱を好適に冷却することが可能な医用X線診断装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
医療用X線診断装置等に用いられるX線管装置は、X線を発生するX線管球と、X線管球の回りを囲い、X線管球で発生した熱を外へ伝達し電気絶縁をするための絶縁油と、それらを収納するX線管容器等より成っている。X線管装置は温度が制限値を越えオーバーヒート状態となると絶縁油等の絶縁特性が低下するため、これを解消するために一定時間X線撮影を中断する必要がある。この中断時間をなるべく少なくするためには、より冷却効率の良い構造を持つX線管装置が望まれており、種々の提案がされている。その一つに特許文献１記載のX線管装置がある。
【特許文献１】特開平8-31591号公報
【０００３】
特許文献1記載のX線管装置は、X線管容器の表面にプレート状のラジエータを取り付け、このラジエータに配管で冷媒を供給することによって、効率良く冷却するようにしたX線管装置である。これによれば、X線管球で発生した熱は絶縁油からX線管容器へ、更にプレート状のラジエータへと伝えられ、冷媒によって冷やされる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明者は、上記従来技術を検討した結果、以下の問題点を見い出した。
すなわち、特許文献1記載の従来技術では、ほぼ円筒形状のX線管容器の側面の一部分（図2で左下の四半分）にプレート状のラジエータが設けられ、その上から冷却パイプが備えられていた（特許文献1，図2参照）。そのため、X線管容器の全方位から熱が一様に逃がされるわけではなかった。
【０００５】
一方、医療用X線診断装置は被検体へX線を照射する角度が常に一定とは限らず、斜めの方向からX線を照射する場合がある。斜めの方向からX線を照射する場合、X線管の角度は傾くが、X線管容器内に収められている絶縁油は、温度が高くなった部分が比熱が低く軽いので、熱い絶縁油が高いところに位置されるように対流が起こる。そのため、絶縁油全体の温度分布はそのX線管装置の傾きによって、鉛直方向上向きが高い温度分布になるような偏りが生じる。この際、熱い絶縁油が分布する方向にプレート状のラジエータが配置されていれば効率的にX線管装置が冷却されるが、そうでない場合はうまく冷却されず、局所的に熱が高くなればオーバーヒートしやすくなる問題が生じた。
【０００６】
本発明の目的は、X線管装置が発生する熱を好適に冷却することが可能な医用X線診断装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、X線を発生するX線管球と、X線管球の回りを囲い、X線管球で発生した熱を外へ伝達し電気絶縁をするための絶縁油と、それらを収納するX線管容器等よりなるX線管装置を備えた医用X線診断装置において、前記X線管装置を前記X線診断装置本体へ取り付け支持する支持具であって、内部に冷媒を流すための通路を備えた冷却支持部と、前記X線診断装置本体へ取り付けられた放熱部と、前記支持具の冷媒通路と前記放熱部とを連結する配管とを備えたことを特徴とする医用X線診断装置が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、X線管装置が発生する熱を好適に冷却することが可能な医用X線診断装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
先ず、一般的なX線管装置の断面図を図9に示す。図9に示すようにX線管装置1はX線を発生するX線管球2と、絶縁のための絶縁油3と、X線管球支持材4と、X線管球2の回転陽極駆動用のステータコイル5と、これらを収納するX線管容器6等から構成されている。
【００１０】
次に、X線管装置を搭載したX線診断装置が、被検体に対してX線を照射する方向を変化させ、X線管装置が傾く様子を図4に示す。図4（a）は被検体が臥位の状態での図であり、X線管装置は水平姿勢であるが、図4（b）は被検体が立位の状態での図であり、X線管装置は垂直姿勢である。この場合、X線管球2で発生した熱により高温となった絶縁油3は対流により位置が変化するため、X線管容器6表面で最高温度となる部分が移動する。このような場合に局所的な温度上昇によりオーバーヒートするのを防ぐためには、X線管容器6表面の最高温度となる部分を好適に冷やす必要がある。
【実施例１】
【００１１】
図1に本発明の実施例1に係るX線管装置1と、これを搭載したX線診断装置8の一例を示す。
本発明に係るX線管装置1は、X線管容器6表面に冷却ユニットが設置されている。冷却ユニットはX線管容器6表面から熱を吸収するとともに、X線管容器6を支持する冷却支持部9と、X線診断装置8外部へ熱を放出する放熱部10と、冷却支持部9と放熱部10を接続し、且つ内部で冷却媒体としての冷却水11（図示せず。）を循環させる配管12と、冷却水を循環させるポンプ13等から構成されている。
【００１２】
次に冷却支持部9の拡大図を図2に示す。図2（a）は冷却支持部9全体であり、図2（b）は冷却支持部9の内部構造である。本発明の実施例1では、X線管容器6を支持するための支持部の中に冷却水を流し、支持部と冷却部を兼ね備えて冷却支持部9を構成することにより、X線管容器6に接触して冷却する面積を広げ、冷却の効率を良くしている。
【００１３】
冷却支持部9の構造は図2に示すように、円筒形の半分がX線照射のために開けられた構造になっており、X線管容器6を支持する両端の2つのリングと、内部に冷却水11の流路を設け、広い面積をX線管容器6に接することにより効率的にX線管容器6を冷却できるようにした円筒形の半分より成っている。また、冷却支持部9の材質は熱伝導率の大きい銅などの金属で構成することにより、冷却効率を良くしている。
【００１４】
図3に上記冷却支持部9をX線管容器6に装着した形態を示す。図3（a）は、X線放射窓が上になる姿勢での冷却支持部9とX線管装置1であり、図3（b）は、X線放射窓が下になる姿勢での冷却支持部9とX線管装置1である。この冷却支持部9は、2つのリングの半分と円筒形の半分を、X線管容器6を挟んでネジで組み合わせることにより、X線管容器6に装着できるようになっている。このように挟んでX線管容器6に抑えて固定するので、冷却支持部9とX線管容器6の表面の隙間が少なくなり、伝熱を阻害する要因を少なくできる。
【００１５】
更に、冷却支持部9とX線管容器6はともに金属製のため、加工跡などにより両者の接触面に微小な空隙が生じれば、この空隙により伝熱が阻害される可能性がある。これを防止するためには冷却支持部9とX線管容器6表面の間に金属薄膜、伝熱ペースト、伝熱シートなどの伝熱促進材32を挿入することが効果的である。金属薄膜としては、アルミ箔のような軟質金属の薄膜が適当である。伝熱ペーストとしてはシリコン系のペースト、伝熱シートとしてはアクリル系、エチレンプロピレン系ゴムシートなどを使用する。
【００１６】
例えばX線管容器6がアルミ鋳物表面であり、冷却支持部9の表面を銅の機械加工面とした場合、間に伝熱シートを挿入することにより、熱抵抗は1/5まで低減され、X線管容器6と冷却水11の温度差が同じ場合は冷却効率が5倍になる。
【００１７】
尚、図3に示した構造では、X線管容器6が厚さ5mmのアルミニウム製であり、且つ内部にX線漏洩防止用の2mm厚の鉛板が張り付けられていて、更に厚さ1mmの伝熱シートを挿入し、壁面厚さが2mmの銅製の冷却支持部9を密着させた場合を仮定すると、X線管容器6内部の絶縁油3温度が70℃、冷却水11の平均温度が35℃（流入温度：30℃、流出温度：40℃の平均値）の条件で250Wの冷却能力を有する。
【００１８】
上記実施例1の構造の冷却支持部9を持つX線管装置1によれば、図4（a）のように被検体が臥位の状態の時に配置されたX線管装置において、鉛直方向上部が円筒形の半分で囲われているので、その方向に集まった高温の絶縁油3を好適に冷やすことができる。本発明者は数値解析によりこれを図7のように確認した。図7（a）はX線管容器6のX線放射窓14の反対側のみを250Wで冷却した場合であり、図7（b）はX線管容器6全体を冷却した場合である。これによれば、X線放射窓の反対側の最も温度の高くなる部分が図7（b）は58度であるのに対して図7（a）は55度であるので、X線管容器６表面全体を冷却した場合と同様に好適に高温となった絶縁油を冷やすことが可能であることがわかる。
【実施例２】
【００１９】
一方通常、本発明によるX線診断装置8では図4に示すように被検体34が臥位、立位の2姿勢をとる。この場合X線管装置1も被検体34の姿勢に伴い、X線放射窓14が垂直下方向を向き、管軸が水平となる水平姿勢と、X線放射窓14が水平方向を向き管軸が垂直となる垂直姿勢の2つをとる。このようなX線管装置1の姿勢変化に対応して好適に冷却できるように設置した実施例2の冷却支持部9の形状を図5（a），図6（a）に示す。ただし、図5（a）はX線管装置1が水平姿勢をとっている場合の図、図6（a）はX線管装置が垂直姿勢をとっている場合の図である。
【００２０】
支持冷却部9は図5（a）に示すようにX線管装置1の中心部を冷やす中心冷却部16と、X線管装置1が垂直姿勢をとった場合に上方にくる部分を冷やす上方冷却部17の2つの冷却部を有している。さらに冷却支持部9への冷却水11供給部(X線管装置1に近い位置に配置)に水流制御装置18が備えられている。
【００２１】
例えばX線管装置1が図4（a）に示すように水平姿勢をとっている場合はX線放射窓14の反対側の温度が最も高くなるため、水流制御装置18により、中心冷却部16のみに冷却水11を流し冷却を行う。これに対してX線管装置1が図4（b）のように垂直姿勢をとっている場合には、X線管容器6温度が最も高くなる上方を冷却するために水流制御装置18により上方冷却部17のみに冷却水11を流し冷却を行う。
【００２２】
図5（b），図6（b）に水流制御装置18の構造の一例を示す。ただし、図5（b）はX線管装置が水平姿勢をとっている場合の図、図6（b）はX線管装置が垂直姿勢をとっている場合の図である。この水流制御装置18は3つの枝を持つ流路の交差する位置に球状のフロート弁20を設けている。そして、フロート弁20が水より比重が小さいので浮力があり、上に浮き上がることを利用して1つの流路を塞ぎ、他の2つの流路の一方から他方へ冷却水11が流れるようにする構造となっている。すなわち、水流制御装置18は図5（b），図6（b）に示すように、内部に1系統の流入口19と2系統の流出口21、22を有している。この流出口は各々90°異なる方向を向いており、内部にフロート弁20を有している。
【００２３】
例えばX線管装置1が水平姿勢をとる場合には図5に示すようにフロート弁20が流出口21を塞ぎ24の方向へ冷却水は流れず、流出口22のみから流出し26の方向へ冷却水が流れる。流出口22は中心冷却部16に接続され、冷却水11は中心冷却部16のみに供給される。冷却後の冷却水11は再度27の方向から、冷却ユニットの放熱部10へ戻され、X線管容器6から吸収した熱を外部へ放出する。
【００２４】
他方X線管装置1が垂直姿勢をとる場合には図6に示すように水流制御装置18内部のフロート弁20が流出口22を塞ぎ28の方向へは冷却水は流れず、流出口21のみから流出し29の方向へ冷却水は流れる。流出口21は上方冷却部17へ接続されており、低温の冷却水11がX線管容器6上部を冷却し27の方向から、放熱部10へ戻される。
【００２５】
上記実施例2によれば、水流制御により高温部分の集中的な冷却が可能であるとともにX線管容器6内の絶縁油3の対流を促進する効果を持つ。これは温度上昇に伴い上昇した高温絶縁油3が冷却支持部9により冷却され密度が大きくなり沈降するためである。これによりX線管装置1全体の温度分布の幅が小さくなり、X線管容器6表面全体を冷却した場合と同様の温度分布にすることが可能である。
【００２６】
最後に放熱部10に関して説明する。
放熱部10は図8に示すように冷却水循環用のポンプ13、冷却水11と空気の熱交換を行う熱交換器23から構成される。尚、室温が25℃の場合に冷却支持部9から戻ってくる冷却水11温度を40℃とした場合、250Wの放熱を行うために必要な熱交換器23寸法は約H100×W200×D60mmになる。また、冷却水循環ポンプ13寸法はL200×φ90mm程度となる。これら寸法より、250W冷却ユニットの放熱部10寸法はおよそ、H200×W250×D100mm程度の寸法に収まる。図1に示した本発明の実施例に係るX線診断装置8内の放熱部10は上記寸法となっており、コンパクトであり、X線診断装置8内に設置した場合にも使用者の行動を妨げるものではない。
【００２７】
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々に変形して実施できる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明に係るX線管装置1と、それを搭載したX線診断装置8の一例を示す図。
【図２】本発明の実施例1に係る冷却支持部9の拡大図。
【図３】本発明の実施例1に係る冷却支持部9をX線管装置6に装着した図。
【図４】X線管装置を搭載したX線診断装置が、X線を被検体に対して照射する方向を変化させ、X線管装置が傾く様子を示す図。
【図５】本発明の実施例2に係る冷却支持部9をX線管装置6に装着した図。ただし、被検体34が臥位の状態での図。
【図６】本発明の実施例2に係る冷却支持部9をX線管装置6に装着した図。ただし、被検体34が立位の状態での図。
【図７】管容器表面の温度分布数値解析結果説明図。
【図８】放熱部概観図。
【図９】一般的なX線管装置の断面図。
【符号の説明】
【００２９】
９    冷却支持部
１４  X線放射窓
１５  高圧ケーブル接続部
３２  伝熱促進材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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